CN105592131A - 一种在不同网络间单向传输文件的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在不同网络间单向传输文件的装置，包括接入信源网络的发送装置、接入信宿网络的接收装置，其特征在于，所述发送装置与所述接收装置通过若干根物理上仅支持单向数据传输的以太网网线直连；所述发送装置通过所述以太网直连线，将待传输文件发送给所述接收装置；所述接收装置接收并处理所述直连线上传递来的信息。本发明还公开了具有采用流量限制方法来防止无确认传输方式造成数据丢失的单向文件传输装置。本发明还公开了采用专用确认硬件传递确认信息的单向文件传输装置。

Description

一种在不同网络间单向传输文件的装置

技术领域

本发明涉及一种在不同网络间单向传输数据的装置，属于网络安全领域。

背景技术

传统的内外网数据单向数据共享是利用光盘等只读存储介质在内、外网之间传输文件。显然，这种需要人工介入的文件传输方式存在效率低，存储介质易失，使用成本高等缺点。目前市场上也有通过以太网→单向传输网桥→光纤信号方式实现的单向数据传输系统，虽然可以保证传输的可靠性及效率，但其部署难度及设备成本都偏高。

随着互联网技术的飞速进步，人们对互联网的依赖程度越来越高，已经习惯于每天利用互联网获取有价值的信息，与世界建立联系，享受提供的娱乐，但随着网络安全环境的日益复杂化，我们又不得不在享受互联网开放性的同时，警惕来自潜伏于互联网庞大网络之后的各种危险，提防无孔不入的对机构核心数据的窥探及窃取。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种安全、高效且成本低廉的单向传输系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种在不同网络间单向传输文件的装置，包括接入信源网络的发送装置、接入信宿网络的接收装置，其特征在于，

(1)所述发送装置与所述接收装置通过若干根物理上仅支持单向数据传输的以太网网线直连；

(2)所述发送装置通过所述以太网直连线，将待传输文件发送给所述接收装置；

(3)所述接收装置接收并处理所述直连线上传递来的信息。

在本发明所述方案中，最少只需要两个分别具有双网卡的单片机和一根经过改造的以太网直连线，即可实现文件在不同网络之间的单向传输，具有传输速度高、部署方便、使用成本低、可靠性高等特性。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式。在此实施方式中，本发明所述装置具有连入不可信网络的网络接口和连入可信网络的网络接口；其内部包含单片机A和单片机B；其中单片机A具有用于连入不可信网络的网卡AO，单片机B具有用于连入可信网络的网卡BO，而单片机A的网卡AI与单片机B的网卡BI通过100Base-T网线直连；单片机A上运行着不可信网络上可以访问的文件存储服务和用于把文件经网卡AI发送的文件发送服务；单片机B上运行着可信网络上可以访问的文件存储服务；单片机A的AI网卡和单片机B的BI网卡处于同一个内部网段，且单片机A内部记录了单片机B的BI网卡的MAC地址；单片机A上的文件发送服务在空闲时定期检查用户是否经本机的文件存储服务在本机磁盘上存储了新文件，并在发现这些文件后，采用流量限制(见具体实施方式中的说明)的方法，通过网卡AI向单片机B的网卡BI发送UDP报文。

具体实施方式

由于所述以太网直连线在物理上只支持单向数据传输，实施本发明所述方法时，所述发送装置应采取无需所述接收装置反馈“确认收到”就可完成数据传输的协议，比如UDP协议。

采用“无确认”的数据传输协议的缺点是：当所述接收装置对输入报文的处理速度慢于所述发送装置的报文输出速度时，可能会出现有些报文被所述接收装置丢弃，从而丢失某些单向传输数据。有两种方法可以避免以上情形发生。方法1为所述发送装置使用“漏桶算法”等流量限制算法，方法2为在所述发送装置和所述接收装置之间实现“停止等待协议”。下面对这两种方法分别进行介绍：

方法1：所述发送装置使用“漏桶算法”等流量限制算法

此时，首先根据所述接收装置的可用资源量和处理能力，推算或实测所述接收装置每单位时间(如每毫秒)最多能处理的输入数据量UNIT_SZ和所述接收装置在不丢失输入信息的情况下，最多能处理多少输入数据量BURST_SZ，然后以UNIT_SZ和BURST_SZ为指导，限制所述发送装置不能批量向所述接收装置发送超过BURST_SZ大小的数据；限制所述发送装置在单位时间内的平均数据发送量不能超过UNIT_SZ。

具体的说，可以按照如下方法来实现对于发送装置的发送流量限制(流程中假设了单位时间为1毫秒)：

●所述发送装置内部使用了burst和last_time两个变量，且burst的初始值为BURST_SZ，last_time为所述发送装置进行初始化时的时间；

●在所述发送装置需向所述接收装置发送数据时，执行包含如下步骤的流程：

BSEND1令临时变量mlen为当前待发送数据的长度；

BSEND2执行refill子流程(下文会详述其逻辑)；

BSEND3令临时变量nsent的值为min{burst,mlen}；

BSEND4通过所述以太网直连线，向所述接收装置发送nsent个待发送数据；

BSEND5burst←burst-nsent,mlen←mlen-nsent；

BSEND6若mlen大于0，则转到步骤BSEND2，否则报告完成本次数据发送；

●Refill子流程包含如下逻辑：

REFIL1current_time←当前时间；

REFIL2若current_time不早于last_time之后的1毫秒，则执行步骤REFIL3，否则转

到步骤REFIL4；

REFIL3last_time←current_time；burst←min{BURST,burst+UNIT_SZ}；

REFIL4返回主流程。

方法2：在所述发送装置和所述接收装置之间实现“停止等待协议”

在此方法中，由一个反馈装置将所述发送装置和所述接收装置连接起来；此反馈装置的输入端连接所述接收装置，此反馈装置的输出端连接所述发送装置；所述发送装置和所述接收装置预先约定通过所述以太网直连线发送报文时，批量发送的最大字节数；所述接收装置根据其资源利用情况和所述批量发送最大字节数，判断当前是否希望从所述以太网直连线上接收到新报文；当所述接收装置发现自身资源不足时，向所述反馈装置指示“不希望收到新报文”；当所述接收装置发现自身资源充足时，向所述反馈装置指示“希望收到新报文”。所述发送装置向所述接收装置发送单向传输文件内容时，执行包含如下步骤的流程：

GSEND1循环，直到所述反馈装置指示当前所述接收装置希望收到新报文；

GSEND2通过所述以太网直连线，向所述接收装置发送长度不超过所述批量发送最大字节数的报文。

在实现中，所述反馈装置的最简单实现方式是一根(，或两根—–当使用差分方式传输信号时)信号线，由所述接收装置内部处理器的GPIO引脚输出信号，由所述发送装置内部处理器的GPIO引脚接收输入信号。

此时，从理论上说，若所述发送装置和所述接收装置均因遭受到恶意攻击而改变执行代码时，有可能通过此反馈装置实现信息的反方向流动。此时可以采取以下两种方法来降低此种攻击所造成的危害。

方式1：以中断方式传递反馈信息

此方式中，在硬件上，从所述反馈装置输出端流出的信息以中断输入信号的形式被所述发送装置内部处理器接收。比如，

●所述发送装置内部的处理器可以响应物理中断；

●所述发送装置包含全局变量wait，其中wait只能在0和1之间取值，且其初始值为0；

●采用中断信号线将所述发送装置和所述接收装置物理连接起来；

●所述接收装置可通过设置所述中断信号线的高低电平状态，来导致所述接收装置接收到中断信号；

●所述所述发送装置和所述接收装置预先约定通过所述以太网直连线发送报文时，批量发送的最大字节数；

●所述接收装置根据其资源利用情况和所述批量发送的最大字节数，判断当前是否希望从所述以太网直连线上接收到新报文；

●当所述发送装置接收到来自所述中断信号线的中断时，改变wait的取值；

●所述发送装置向所述接收装置发送单向传输文件内容时，执行包含如下步骤的流程：

ISEND1循环，直到所述变量wait的值为0；

ISEND2通过所述以太网直连线，向所述接收装置发送长度不超过所述批量发送最大字节数的报文；

●当所述接收装置获知有新报文到达与所述以太网直连线相连接的网路接口时，执行包含如下步骤的流程：

IRECV1获取当前的资源使用情况；

IRECV2判断当前是否希望从所述以太网直连线上收到新报文，若否，则向所述中断信号线输出中断信号；

IRECV3接收并处理到达与所述以太网直连线相连接的网络接口的报文；

●当所述接收装置在完成对来自所述以太网直连线的报文处理后，执行包括如下步骤的流程：

IFINISH1获得当前的资源使用情况；

IFINISH2判断当前是否希望从所述以太网直连线上收到新报文，若是，则向所述

中断信号线输出中断信号。

当所述发送装置与所述接收装置不共享电源时，可以通过两根信号线以差分的方式传递中断信号。

方式2：借用其它传输机制的流控功能

有些数据传输协议，比如串口通信协议，在硬件上就支持流量控制，可以借用此流控机制来防止所述发送装置以过快地向所述接收装置发送数据。下面以RS232通信协议为例来说明此方法。此时，

●所述发送装置和所述接收装置都包含RS232通信硬件模块；

●所述发送装置与所述接收装置通过串口线相连；

●所述串口线中用于支持从所述接收装置向所述发送装置传递数据的信号线被物理去除，从而使得该串口线仅支持所述发送装置将数据发送给所述接收装置，而不支持所述接收装置经所述串口线将数据发送至所述发送装置；

●所述发送装置和所述接收装置预先约定通过所述以太网直连线发送报文时，批量发送的最大字节数；

●所述接收装置根据其资源利用情况和所述批量发送的最大字节数，判断当前是否希望从所述以太网直连线上接收到新报文；

●所述发送装置向所述接收装置发送单向传输文件内容时，执行包含如下步骤的流程：

SEND1通过所述串口线向所述接收装置发送数据；

SEND2循环，直到串口通信硬件模块指示可以继续发送数据；

SEND3通过所述以太网直连线，向所述接收装置发送长度不超过所述批量发送最大字节数的报文；

●当所述接收装置获知接收到串口数据时，执行包含如下步骤的流程：

COM1若当前不希望从所述以太网直连线收到新报文，则转到步骤COM3，否则继续执行；

COM2使本装置的串口通信硬件模块向所述发送装置的串口通信硬件模块指示可以继续发送数据；

COM3处理结束；

●当所述接收装置在完成对来自所述以太网直连线的报文处理后，执行包括如下步骤的流程：

FINISH1获得当前的资源使用情况；

FINISH2判断当前是否希望从所述以太网直连线上收到新报文，若是，则使本装置的串口通信模块向所述发送装置的串口通信硬件模块指示可以继续发送数据。

因100Base-T网络接口中不同方向的信息流动使用不同的信号线，故本发明可使用去除了与某个传输方向对应的数据传输线的100Base-T网线来充当本发明所述以太网直连线。当用户需要的带宽显著高于100Base-T网络所能允许的带宽时，可以通过扩充所述发送装置和接收装置的100Base-T网络接口数量来增加数据传输带宽。

另外，还可以根据用户的需要，对本发明所述的装置进行功能扩充。功能扩充方法包括但不限于：

扩充方法1：所述发送装置包含文件存储服务

可以采取以下方式实施：

所述发送装置内部具有持久存储设备；

在所述发送装置上运行文件存储服务和文件发送服务；

信源网络的用户通过访问所述文件存储服务，向所述发送装置输入欲单向传输的文件；

所述文件存储服务将收到的文件存储到所述存储设备上；

所述文件存储服务在存储了新文件后主动通知所述文件发送服务、或者所述文件发送服务通过检查所述存储设备上文件系统上状态自行获知有新文件要发送；

所述文件发送服务将每个需要发送的文件发送给所述接收装置。

所述文件存储服务可以是FTP服务器、SMB服务器、NFS服务器等。

扩充方法2：所述发送装置可主动访问网络存储

在使用此方法时，用户需要预先在信源网络上架设一个网络存储服务器，并且要求用户将需要单向传输的文件放至该网络存储服务器中，此时所述发送装置上需要实现与此网络存储服务器相对应的文件访问应用(服务)，且预先配置好此网络存储服务器的网络地址；所述文件访问应用(服务)在空闲时定期轮询此网络存储服务器，获得需要被单向传输文件，并将此文件通过所述以太网直连线发送至所述接收装置。

扩充方法3：所述接收装置包含文件存储服务

可以采取以下方式实施：

所述接收装置上内部具有持久存储设备；

所述接收装置将接收到的来自所述发送装置的文件存放于所述持久存储设备中；

所述接收装置上运行文件存储服务；

所述信宿网络的用户通过访问所述接收装置上的所述文件存储服务，获得已经被单向传输的文件。

扩充方法4：所述接收装置可主动访问网络存储

在使用此方法时，用户需要预先在信宿网络上架设一个文件存储服务器，然后在所述接收装置上运行可以向此文件存储服务器发送文件存放请求的文件访问应用(服务)；所述接收装置在收到来自所述发送装置的文件后，通知所述接收装置上的所述文件访问服务将此文件存储到预先设定好的信宿网络的文件存储服务器上。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本发明所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在不同网络间单向传输文件的装置，包括接入信源网络的发送装置、接入信宿网络的接收装置，其特征在于，

(1)所述发送装置与所述接收装置通过若干根物理上仅支持单向数据传输的以太网网线直连；

(2)所述发送装置通过所述以太网直连线，将待传输文件发送给所述接收装置；

(3)所述接收装置接收并处理所述直连线上传递来的信息。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发送装置在向所述接收装置发送网络报文时，采用流量限制算法来防止所述接收装置因处理速度过慢而造成数据丢失。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

(1)包含一个支持所述接收装置向所述发送装置提供反馈信息的反馈装置；

(2)所述反馈装置从所述接收装置获得输入，并将其输出给所述发送装置；

(3)所述发送装置和所述接收装置预先约定通过所述以太网直连线发送报文时，批量发送的最大字节数；

(4)所述接收装置根据其资源利用情况和所述批量发送的最大字节数，判断当前是否希望从所述以太网直连线上接收到新报文；

(5)所述发送装置向所述接收装置发送单向传输文件内容时，执行包含如下步骤的流程：

GSEND1循环，直到所述反馈装置指示当前所述接收装置希望收到新报文；

GSEND2通过所述以太网直连线，向所述接收装置发送长度不超过所述批量发送的最大字节数的报文；

(6)当所述接收装置发现自身资源不足时，向所述反馈装置指示“不希望收到新报文”；

(7)当所述接收装置发现自身资源充足时，向所述反馈装置指示“希望收到新报文”。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

(1)所述发送装置和所述接收装置都包含串口通信硬件模块；

(2)所述发送装置与所述接收装置通过串口线相连；

(3)所述串口线的部分信号线被物理去除，从而使得该串口线仅支持所述发送装置将数据发送给所述接收装置，而不支持所述接收装置经所述串口线将数据发送至所述发送装置；

(4)所述发送装置和所述接收装置预先约定通过所述以太网直连线发送报文时，批量发送的最大字节数；

(5)所述接收装置根据其资源利用情况和所述批量发送的最大字节数，判断当前是否希望从所述以太网直连线上接收到新报文；

(6)所述发送装置向所述接收装置发送单向传输文件内容时，执行包含如下步骤的流程：

SEND1通过所述串口线向所述接收装置发送数据；

SEND2循环，直到本模块所述串口通信硬件模块指示可以继续发送数据；

SEND3通过所述以太网直连线，向所述接收装置发送总长度不超过所述批量发送的最大字节数的报文；

(7)当所述接收装置获知接收到串口数据时，执行包含如下步骤的流程：

COM1判断当前是否希望从所述以太网直连线收到新报文，若是，则继续执行步骤COM2，否则转到步骤COM3；

COM2使本装置的所述串口通信硬件模块向所述发送装置的所述串口通信硬件模块指示可以继续发送数据；

COM3处理结束；

(8)当所述接收装置在完成对来自所述以太网直连线的报文处理后，执行包括如下步骤的流程：

FINISH1获得当前的资源使用情况；

FINISH2判断当前是否希望从所述以太网直连线上接收到新报文，若是，则使本装置的所述串口通信模块向所述发送装置的所述串口通信硬件模块指示可以继续发送数据。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

(1)所述发送装置具有响应物理中断的装置；

(2)所述发送装置包含全局变量wait，其中wait只能在0和1之间取值，且其初始值为0；

(3)采用信号线将所述接收装置的输出与所述发送装置的中断输入连接起来；

(4)所述接收装置可通过设置所述中断信号线的高低电平状态，来导致所述接收装置接收到中断信号；

(5)所述发送装置和所述接收装置预先约定通过所述以太网直连线发送报文时，批量发送的最大字节数；

(6)所述接收装置根据其资源利用情况和所述批量发送的最大字节数，判断当前是否希望从所述以太网直连线上接收到新报文；

(7)当所述发送装置接收到来自所述中断信号线的中断时，改变wait的取值；

(8)所述发送装置向所述接收装置发送单向传输文件内容时，执行包含如下步骤的流程：

ISEND1循环，直到所述变量wait的值为0；

ISEND2通过所述以太网直连线，向所述接收装置发送总长度不超过所述批量发送的最大字节数的报文；

(9)当所述接收装置获知有新报文到达与所述以太网直连线相连接的网路接口时，执行包含如下步骤的流程：

IRECV1获取当前的资源使用情况；

IRECV2判断当前是否希望从所述以太网直连线上接收到新报文，若否，则向所述中断信号线输出中断信号；

IRECV3接收并处理到达与所述以太网直连线相连接的网络接口的报文；

(10)当所述接收装置在完成对来自所述以太网直连线的报文处理后，执行包括如下步骤的流程：

IFINISH1获得当前的资源使用情况；

IFINISH2判断当前是否希望从所述以太网直连线上接收到新报文，若是，则向所述中断信号线输出中断信号。

6.如权利要求1至5所述的任一装置，其特征在于，

(1)所述发送装置通过所述以太网直连线，以UDP的方式，将待传输文件发送给所述接收装置；

(2)所述接收装置接收并处理所述直连线上传递来的UDP报文。

7.如权利要求1至6所述的任一装置，其特征在于，

(1)所述发送装置上运行文件存储服务；

(2)所述信源网络的用户通过访问所述发送装置上的所述文件存储服务，向所述发送装置输入欲单向传输的文件。

8.如权利要求1至6所述的任一装置，其特征在于，

(1)所述发送装置上运行文件访问服务；

(2)所述发送装置上的所述文件访问服务可主动访问预先设定好的信源网络上的文件存储服务器，从而获得欲单向传输的文件。

9.如权利要求1至8所述的任一装置，其特征在于，

(1)所述接收装置上内部具有持久存储设备；

(2)所述接收装置将接收到的来自所述发送装置的文件存放于所述持久存储设备中；

(3)所述接收装置上运行文件存储服务；

(4)所述信宿网络的用户通过访问所述接收装置上的所述文件存储服务，获得已经被单向传输的文件。

10.如权利要求1至8所述的任一装置，其特征在于，

(1)所述接收装置上运行了文件访问服务；

(2)所述接收装置在收到来自所述发送装置的文件后，通知所述接收装置上的所述文件访问服务将此文件存储到预先设定好的信宿网络上的文件存储服务器。